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CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
Maria Eduarda Becker Schneider
ESTUDO VOLTADO A IDENTIFICAR AS PROVÁVEIS CAUSAS DO
DESLIZAMENTO DE UM TALUDE LOCALIZADO NO CAMPUS DA
UNIVERSIDADE DE SANTA CRUZ DO SUL
Santa Cruz do Sul
2017
Maria Eduarda Becker Schneider
ESTUDO VOLTADO A IDENTIFICAR AS PROVÁVEIS CAUSAS DO
DESLIZAMENTO DE UM TALUDE LOCALIZADO NO CAMPUS DA
UNIVERSIDADE DE SANTA CRUZ DO SUL
Trabalho de Conclusão apresentado ao Curso de Engenharia Civil da Universidade de Santa Cruz do Sul, para obtenção de titulo de Bacharel em Engenharia Civil.
Orientador: Prof. Dr. Leandro Olivio Nervis
Santa Cruz do Sul
2017
RESUMO
O presente trabalho de curso teve como objetivo identificar as prováveis causas do
deslizamento de um talude localizado no Campus da Universidade de Santa Cruz do
Sul, na cidade de Santa Cruz do Sul- RS. Complementarmente, foram apresentadas
soluções para a estabilização do talude, voltadas a evitar novas ocorrências de
rupturas. Os estudos envolveram levantamento topográfico, levantamento
pluviométrico, coleta de amostras de solo deformadas e indeformadas, ensaios de
laboratório (caracterização e cisalhamento direto) e análises de estabilidade do
talude. Nessas análises, verificou-se primeiramente o Fator de Segurança (FS) para
um perfil sem a presença de Nível d’água (NA) e na sequência com fluxo de água
parcial. Por último foi buscada através de cálculos qual a altura do NA
correspondente a um FS de 1,00 (situação de colapso). Após essas análises foi
possível verificar que a provável causa da ruptura do talude estudado foi uma
elevação significativa do NA, por conta de uma precipitação expressiva, levando em
conta que o terreno já poderia estar em uma condição prévia de umidade
elevada. Essa elevação resultou na perda da coesão aparente do solo e no
surgimento de poropressões, ambos impactando na queda da resistência ao
cisalhamento, que juntamente com o ligeiro aumento do peso do talude, foi decisivo para que
ocorresse a ruptura. Os resultados tornaram evidente que é imprescindível a
implantação de sistemas de drenagens superficiais e profundas em toda a extensão
do talude. Levando em conta que no talude em estudo, depois de ocorrido as
rupturas foram instaladas canaletas e escadarias hidráulicas, para complementar e
obter melhores resultados é recomendada também a instalação de trincheiras
drenantes.
Palavras chaves: rupturas; análises de estabilidade; fator de segurança; fluxo de
água; sistemas de drenagens.
Aos meus pais, Luciane e Vildinei,
pela dedicação, apoio e amor
incondicionais
.
AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente àqueles aos quais dediquei esse trabalho, meus
pais, Luciane e Vildinei, que com o seu amor e educação, tornaram possível, através
de muito esforço e dedicação, o sonho de acesso a um curso superior e a realização
de estar inserida no universo da Engenharia Civil.
Agradeço também ao meu irmão, Vinicius, pelo apoio em todas as horas.
Quero agradecer aos mestres que foram fundamentais para que essa
jornada fosse percorrida, sempre me auxiliaram e me guiaram para o caminho da
pesquisa.
Gostaria de agradecem em especial, ao meu orientador, Leandro Olivio
Nervis, por seu empenho e auxílio na realização do presente trabalho, sempre me
auxiliando nos momentos de coleta, nos ensaios e nas análises de resultados. Seu
auxilio foi fundamental, também foi uma honra tê-lo como professor, pois é um grande
incentivador da pesquisa.
Agradeço também ao mestre José Antônio Rohlfes Jr, por todos os
ensinamentos transmitidos ao longo da graduação e do período pelo qual fui bolsista
no laboratório de Solos, por sempre me incentivar, pela amizade e amparo nas horas
de dúvidas e decisões e por não medir esforços para me ajuda na realização dos
ensaios do presente trabalho.
Agradeço imensamente aos meus amigos Rafael Henn e Henrique Eichner,
pelo auxílio nas coletas de solo e nos ensaios de laboratório, vocês foram
fundamentais para a conclusão do presente trabalho, agradeço também pelo
convívio ao longo desses anos em que fui bolsista no laboratório de Solos e
Pavimentação.
A Engenheira Mariana da Silva Carretta, pro todo apoio durante a execução
desse trabalho e por sempre compartilhar experiências, dais foram fundamentais ao
longo desta jornada.
A todos os meus amigos que sempre compreenderam os momentos em que
me fiz ausente para realização do presente trabalho, pelo companheirismo e
amizade.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Ciclo de formação das rochas 14
Figura 2- Curva de distribuição granulométrica do solo 18
Figura 3 - Limite de Liquides e Limite de Plasticidade 19
Figura 4 - Modelo de classificação textural 22
Figura 5- Cisalhamento direto 27
Figura 6 – Lamela de Bishop 32
Figura 7 – Seção de um talude infinito com superfície de ruptura planar 33
Figura 8 – Local em estudo 40
Figura 9 - Mapa ilustrativo da UNISC com localização do talude 41
Figura 10- Localização do talude estudado na cidade de Santa Cruz do Sul - RS 41
Figura 11 - Localização da cidade de Santa Cruz do Sul no mapa geomorfológico do
Rio Grande do Sul 42
Figura 12 - Localização do local em estudo no mapa geológico do Estado do Rio
Grande do Sul 43
Figura 13 - Levantamento pluviométrico registrado na estação de meteorologia de
Santa Cruz do Sul no ano de 2016. 43
Figura 14 - Levantamento pluviométrico registrado na estação de meteorologia de
Santa Cruz do Sul no ano de 2015. 44
Figura 15 – Realização dos furos de sondagem através do trado manual 44
Figura 16- Conjunto moto-mecanizado realizando a sondagem 45
Figura 17 – Broca que realizou a sondagem mecânica. 46
Figura 18 - Planta Planialtimétrica do local em estudo 46
Figura 19 - Material coletado com o auxilio do trado manual 47
Figura 20 - Preparação do local para coleta do bloco 48
Figura 21 - Bloco pronto após escavação 48
Figura 22 – Aplicação da parafina no bloco 49
Figura 23 - Blocos após aplicação de parafina e tecido, envolto com plástico filme 49
Figura 24 - Etapa de granulometria através da sedimentação 51
Figura 25 - Etapa de peneiramento com o auxilio do agitador mecânico 51
Figura 26 – Material para realização do ensaio de Limite de Liquidez (LL) 52
Figura 27 - Material para realização do ensaio de Limite de Plasticidade (LP) 53
Figura 28 – Picnômetro mais água mais solo até a marca determinada 54
Figura 29- Retirada da amostra do bloco indeformado para o ensaio de cisalhamento
direto 55
Figura 30- Amostra e equipamentos para a realização do ensaio 56
Figura 31 - Amostra após o cisalhamento 56
Figura 32 – Conjunto de equipamentos do ensaio de cisalhamento direto 56
Figura 33 – Planta planialtimetrica com posições dos perfis 57
Figura 34 - Perfil A do talude em estudo 58
Figura 35 - Perfil B do talude em estudo 58
Figura 36 – Perfil B com localização e dados da sondagem mecânica 59
Figura 37 - Perfil B com localização e dados da sondagem a trado 59
Figura 38 – Perfil A e B sobrepostos do talude em estudo 60
Figura 39 – Curva granulométrica dos solos 61
Figura 40 – Gráfico Tensão Cisalhante x Deformação Horizontal – na umidade de
campo 63
Figura 41 - Gráfico Tensão Cisalhante x Deformação Horizontal – inudado 64
Figura 42 – Envoltórias de resistência ao cisalhamento 64
Figura 43 – Seção do talude na umidade natural sem NA 67
Figura 44 - Seção do talude com solo saturado e elevação parcial do NA 68
Figura 45 - Seção do talude considerando FS=1,00 69
Figura 46 – Trincheira drenante 71
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Índices de Atterberg de alguns solos brasileiros ...................................... 20
Tabela 2 - Classificação do índice de plasticidade (IP) ............................................. 20
Tabela 3 - Tabela de classificação de solos da AASHTO ......................................... 23
Tabela 4- Tabela do Sistema Unificado de classificação de solos ............................ 24
Tabela 5 – Nível de segurança desejado contra a perda de vidas humanas ............ 35
Tabela 6 – Nível de segurança desejado contra danos materiais e ambientais ........ 35
Tabela 8 – Tabela com tempo de ensaio para cada tipo de solo .............................. 54
Tabela 9 – Composição granulométrica dos solos .................................................... 62
Tabela 10 - Índices físicos dos corpos de prova ensaiados e parâmetros de
resistência do solo – umidade de campo .................................................................. 65
Tabela 11 - Índices físicos dos corpos de prova ensaiados e parâmetros de
resistência do solo – inundado .................................................................................. 65
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO 11
1.1 Área e limitação do tema 11
1.2 Justificativa 12
1.3 Objetivos 12
1.3.1 Objetivo geral 12
1.3.2 Objetivos específicos 13
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 14
2.1 Geologia 14
2.1.1 Rochas ígneas 15
2.1.2 Rochas sedimentares 15
2.1.3 Rochas metamórficas 15
2.2 Origem e formação dos solos 16
2.3 Pedologia 16
2.4 Caracterização do solo 17
2.4.1 Granulometria do solo 17
2.4.1.1 Processo de peneiramento 17
2.4.2 Limites de Atterberg 19
2.4.3 Massa específica dos grãos do solo 21
2.5 Classificação do Solo 21
2.5.1 Classificação textural 21
2.5.2 Sistema de classificação da AASHTO 22
2.5.3 Sistema unificado de classificação de solos 24
2.6 Resistência ao Cisalhamento dos Solos 24
2.6.1 Tipos de ensaios para obtenção de parâmetros de resistência ao
cisalhamento de solos 25
2.6.1.1 Ensaio de cisalhamento direto 26
2.6.1.2 Compressão triaxial 27
2.6.1.3 Compressão simples 28
2.7 Estabilidade de Taludes 28
2.7.1 Principais tipos de movimentos de massas 29
2.7.2 Causas de ruptura 29
2.7.2.1 Causas internas de ruptura 30
2.7.2.2 Causas externas de ruptura 31
2.7.3 Principais métodos para análise de estabilidade de um talude 32
2.7.3.1 Taludes finitos 32
2.7.3.2 Taludes infinitos 33
2.7.4 Fatores de segurança exigidos pela Norma Brasileira 34
2.7.5 Interferência da água na estabilidade 36
2.7.6 Retroanálise 36
2.7.7 Medidas de estabilização de taludes 37
2.8 Prospecções geotécnica 38
2.8.1 Sondagem a trado 3838
2.8.1.2 Trados manuais 38
2.8.1.3 Trados mecanizados 38
2.8.2 Coleta de amostras 39
2.8.2.1 Deformada 39
2.8.2.2 Indeformada 39
3 METODOLOGIA 40
3.1 Descrição física do local em estudo 40
3.2 Enquadramento geológico do local em estudo 42
3.3 Dados pluviométricos do local 43
3.4 Realização de sondagem a trado 44
3.5 Sondagem mecânica 45
3.6 Levantamento topográfico 46
3.7 Coleta de amostras deformadas de solo 47
3.8 Coleta de amostras indeformadas de solo 47
3.9 Ensaios de laboratório 50
3.9.1 Caracterização 50
3.9.1.1 Granulometria 50
3.9.1.2 Limite de Liquidez 51
3.9.1.3 Limite de Plasticidade 52
3.9.1.4 Massa específica dos grãos 53
3.9.2 Cisalhamento direto 54
4 PERFIS GEOTÉCNICOS DO TALUDE EM ESTUDO 57
5 APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS DOS ENSAIOS DE
LABORATÓRIO 61
5.1 Caracterização dos solos 61
5.2 Cisalhamento direto 63
6 ANÁLISE DE ESTABILIDADE 67
6.1 Análise do talude na umidade natural 67
6.2 Análise do talude com inundação (Saturação sem fluxo) 68
6.3 Análise do talude com fluxo de água parcial, buscando-se Hw c/ FS=1,00 69
7 MEDIDAS DE ESTABILIZAÇÃO VOLTADAS A EVITAR A PROGRESSÃO DA
RUPTURA 70
8 CONCLUSÕES 72
REFERÊNCIAS 73
11
1 INTRODUÇÃO
A instabilidade de taludes é um dos principais problemas da engenharia
geotécnica. Independentemente dos progressos que são realizados e a
compreensão dos mecanismos de ruptura de um talude, as análises têm sido
insuficientes para que se possa evitar uma série de patologias em taludes naturais
ou artificiais, o que pode causar grandes perdas de vidas e propriedades.
Diversos pesquisadores vêm dedicando seu tempo e esforço para ter uma
melhor compreensão da estabilidade de taludes. Vários métodos foram concebidos
com a intenção de assim simplificar a análise da estabilidade de taludes. Esses
métodos convencionais são baseados no conceito de equilíbrio limite, o qual possui
vários pressupostos voltados a atender o equilíbrio de forças e momentos na
definição do Fator de Segurança (FS).
Inúmeras pesquisas vêm mostrando que os pontos da superfície de
deslizamento não falham concomitantemente no estado crítico, sendo a ruptura
progressiva, e a conduta do solo é dependente ou influenciado pelos seguintes
fatores: tensões, relação tensão-deformação, continuação de construção de um
aterro ou escavação de um talude.
Outro aspecto muito importante na análise de estabilidade de taludes são as
considerações das rotações das tensões principais no decorrer da superfície de
ruptura principalmente nos solos moles, assim como no caso de argilas adensadas,
quando a resistência não drenada diminui à medida que a direção da tensão maior
se desvia da vertical.
Para se determinar as situações e prováveis causas do rompimento de um
talude é necessário fazer uma investigação geotécnica e analisar as hipóteses
levando em conta diversos fatores. Após feito o diagnóstico das causas fica viável a
sugestão de alternativas para a estabilização ou restauração do talude.
1.1 Área e limitação do tema
O presente trabalho de curso tem a área de engenharia geotécnica como sua
principal referência, assim sendo aplicados os princípios da mecânica dos solos e
estabilidade de taludes naturais e de escavação, com isso podendo identificar e
classificar os movimentos de terra ocorridos no local em que o estudo foi feito.
12
Após ser identificado e classificado o problema foi apresentada uma proposta
de estabilização do maciço de terra.
1.2 Justificativa
O rompimento de taludes ou movimento de massas é algo que ocorre com
muita frequência. Por esse motivo, estudos sobre esse assunto têm sido muito
frequentes, não apenas pela importância como responsável ativo na evolução das
diversas formas de relevo, assim como seus empregos nas implicações práticas e
de sua relevância no que se refere aos pontos de vista econômicos, ambientais e de
perdas de vidas.
Ao falar do termo movimento de massas se abrange qualquer movimento
coletivo de alguns materiais tanto rochosos e/ou terrosos, isso indefere da causa,
forma, velocidade e outras características. Quando acontece um fenômeno como
esse, de grandes ou pequenas proporções, eles podem ser sinônimos de grandes
catástrofes, podendo caracterizar perdas financeiras e até de vidas.
Foram constatadas em 2016 várias rupturas nos taludes do entorno da face
norte do anel viário do campus da UNISC, sendo alguns já restaurados. Uma dessas
rupturas, ainda não restaurada, foi estudada, supondo que ela seja representativa
das demais rupturas, com a finalidade de identificar as causas dos movimentos e
apontar soluções para evitar novas ocorrências de rupturas, as quais geram
transtornos principalmente estéticos e econômicos para a Universidade.
1.3 Objetivos
1.3.1 Objetivo geral
O presente trabalho tem por objetivo geral identificar as prováveis causas do
deslizamento de um talude localizado no Campus da Universidade de Santa Cruz do
Sul, na cidade de Santa Cruz do Sul- RS. Complementarmente, serão apresentadas
soluções para a estabilização do talude, voltadas a evitar novas ocorrências de
rupturas.
13
1.3.2 Objetivos específicos
Os objetivos específicos da pesquisa são os seguintes:
Caracterização da geometria do talude antes e depois da ruptura através de
levantamento topográfico;
Reformulação da geometria original do talude antes de acontecer a ruptura;
Realização de sondagens a trado para identificar a estratigrafia do terreno;
Realização de coleta de amostras deformadas e indeformadas de solo para a
realização de ensaios de laboratório;
Realização dos ensaios de laboratório, possibilitando efetuar a caracterização
e classificação dos solos em estudo e obter parâmetros de resistência;
Execução das análises de estabilidade de talude, incluindo processo de
retroanálise.
Propor soluções para evitar novas rupturas.
14
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 Geologia
Os principais fatores de formação dos solos são os materiais de origem, tempo,
clima, organismos e relevo. Segundo Das (2011), os solos contém minerais
provenientes das rochas e minerais formados da alteração dos minerais primários.
Alguns processos geológicos não ocorrem isoladamente, ou seja, eles são
interligados. Assim, os sedimentos quando acumulados podem se consolidar e
formar as rochas sedimentares. Com o aumento de pressão e temperatura essas
rochas podem se transformar em rochas metamórficas. Aumentando ainda mais a
pressão e a temperatura, as rochas podem originar o magma, assim dando início ao
magmatismo (DAS, 2011).
O magma no interior da crosta pode atingir a superfície, assim se resfriando
rapidamente o que pode formar as rochas vulcânicas. Se for resfriado em
profundidade ocasiona a formação de rochas plutônicas. Os processos de
desagregação e decomposição de rochas por ação do vento, gelo, água e
organismos formam o intemperismo (DAS, 2011). A Figura 1 ilustra o ciclo de
formação de diferentes tipos de rochas e os processos a qual são associados, assim
sendo chamado de ciclo das rochas.
Figura 1 - Ciclo de formação das rochas
Fonte: Das, 2011
15
A origem das rochas pode ser dividida em três tipos básicos: ígneas,
sedimentares e metamórficas (DAS 2011).
2.1.1 Rochas ígneas
Conforme Das (2011) as rochas ígneas são formadas pela solidificação de
magma expelido pelo manto terrestre. Para classificar esse tipo de rocha depende
de fatores como a taxa de resfriamento e a composição do magma. A proporção de
minerais que tem disponível no magma faz com que sejam formados diferentes tipos
de rochas ígneas como o granito, o gabro e o basalto.
2.1.2 Rochas sedimentares
As rochas sedimentares são consequências de depósitos de pedregulhos,
areia, silte e argila os quais são resultantes do intemperismo. Ao longo do tempo,
esses depósitos podem ser compactados pela sobrecarga de pressão e cimentados
por agentes como a calcita, a dolomita e quartzo. A cimentação é causada por
agentes que geralmente são carregados em forma de solução pelas águas
subterrâneas.
Esse tipo de rocha pode ser formado também por processos químicos, os quais
são classificados como rochas sedimentares químicas. Tem-se como exemplos de
rochas sedimentares o arenito, o siltito, o argilito e o folhelho.
2.1.3 Rochas metamórficas
Segundo Das (2011), o metamorfismo é a alteração da composição e textura
das rochas em função do calor e da pressão exercida. No decorrer da metamorfose
os novos minerais são formados e assim os grãos são cisalhados, determinando
uma textura foliada à rocha. O metamorfismo de grau elevado forma o gnaisse. Já o
metamorfismo de grau baixo forma a ardósia.
16
2.2 Origem e formação dos solos
Segundo Caputo (2015), os solos são materiais resultantes do intemperismo ou
meteorização das rochas, por decomposição química ou fragmentação mecânica.
A fragmentação mecânica ocorre através de agentes como água, temperatura
vegetação e vento, assim formando os pedregulhos e areias (partículas grossas) e
até mesmo os siltes (partículas intermediárias) e, apenas em condições específicas,
as argilas (partículas finas).
Já a decomposição química é o processo onde há modificação química ou
mineralógica das rochas em que se originam. A água é o principal agente e os
mecanismos de ataque mais importantes são a oxidação, a hidratação, a
carbonização e os efeitos químicos da vegetação. Normalmente esses processos
atuam concomitantemente; dependendo dos locais e condições climáticas, eles têm
predominância uns sobre os outros. Assim o solo é uma função da rocha-mãe e dos
diversos agentes de modificação.
2.3 Pedologia
Pedologia assim se denomina, segundo Caputo (2015), a ciência que tem por
objeto o estudo das camadas superficiais da crosta terrestre, particularmente a sua
classificação e formação, ainda levando em conta os agentes climatológicos.
Através da Pedologia que o solo passou a ser entendido como uma camada viva,
que recobre a superfície terrestre assim estando em constante evolução proveniente
da modificação das rochas e de processos pedogenéticos resultantes de agentes
químicos, físicos ou biológicos (SALOMÃO E ANTUNES, 1998).
Caputo (2015) destaca que, segundo os pedologistas, a formação de um solo é
função da rocha de origem, da ação dos organismos vivos, do clima, da fisiografia e
do tempo. Na pedologia as camadas constituintes de um perfil são denominadas
horizontes e designam-se pelas letras A (camada superficial), B (subsolo) e C
(camada profunda).
17
2.4 Caracterização do solo
Graig (2007) afirma que é fundamental que exista uma linguagem padrão para
a descrição dos solos. Para uma descrição abrangente devem ser inclusas tanto as
características do material do solo como a da massa de solo. Ao se determinar as
características de uma amostra de solo devem ser levadas em conta suas principais
propriedades como a distribuição de tamanho das partículas (ou graduação) e a
plasticidade, assim podendo se deduzir o nome do solo estudado. Assim sendo, é
de extrema importância fazer a distinção entre a descrição do solo e a classificação
do solo. A descrição inclui vários detalhamentos do material como as características
da massa de solo, portanto é provável que dois solos quaisquer tenham descrições
idênticas. Na classificação dos solos, por outro lado, é em encaixado em vários
grupos baseados apenas nas características do material. Com isso a classificação é
independente da condição in situ da massa de solo.
2.4.1 Granulometria do solo
Para analisar a distribuição dos grãos que compõem um solo é necessário
fazer uma análise granulométrica, o que nada mais é do que definir a primeira
característica de diferenciação de um solo. Conforme Das (2011), existem dois
métodos que são utilizados para a realização da análise granulométrica dos solos.
Peneiramento é o primeiro, o qual define as partículas de diâmetros com abertura
maior que 0,075mm. O segundo método é o ensaio de sedimentação, que tem
função de definir as partículas menores que 0,075mm. A norma que regulamenta
esses ensaios no Brasil é a NBR 7181:1984.
2.4.1.1 Processo de peneiramento
Pinto (2006) afirma que a análise por peneiramento tem a abertura da malha da
peneira como limitação, a qual não pode ser muito pequena quanto o diâmetro de
interesse. A peneira de menor diâmetro que é normalmente utilizada é a de nº 200,
com abertura de 0,075mm. Ainda existem peneiras mais finas utilizadas para
estudos mais detalhados, as quais não são muito resistentes por esse motivo
também não são utilizadas.
18
A “porcentagem que passa” é o peso do material que passa em cada peneira,
que se refere ao peso seco da amostra, e o qual é representado graficamente em
função do tamanho da abertura da peneira representado em escala logarítmica,
conforme mostra a Figura 2. O “diâmetro” das partículas é a abertura nominal da
peneira, assim tratando-se de um diâmetro equivalente, pois as partículas não são
esféricas (PINTO, 2006).
Figura 2- Curva de distribuição granulométrica do solo
Fonte: Adaptado de Pinto, 2006.
Sempre que houver interesse no conhecimento da granulometria da parte mais
fina do solo, adota-se uma técnica denominada sedimentação, a qual tem base na
Lei de Stokes. Esse ensaio tem como base o princípio da sedimentação dos grãos
de solo na água.
Ao dispersar uma amostra de solo na água, as partículas possuem velocidades
diferentes de sedimentação, a qual depende do tamanho, forma, peso e viscosidade
da água (DAS, 2011).
Após a realização da sedimentação, é feita uma lavagem do solo na peneira de
abertura 0,075mm. A seguir, o material retido é levado até a estufa para que assim
se obtenha a porção que será usada para o peneiramento fino. O mesmo requer que
o material passe por algumas peneiras que possuem as seguintes aberturas 1,2;
0,6; 0,42; 0,25; 0,15; 0,075 mm. Na sequência, é necessário anotar com resolução
19
de 0,01 g as massas retidas acumuladas em cada peneira, para que assim seja
possível a obtenção da curva granulométrica do solo.
2.4.2 Limites de Atterberg
Ao procurar um procedimento mais prático para diagnosticar a influência das
partículas argilosas num solo, foram concebidos os ensaios de índices propostos
pelo engenheiro químico Atterberg. Assim, esses limites são baseados na
constatação de que o solo argiloso pode apresentar aspectos bem distintos
conforme seu teor de umidade. Estando em um estado muito úmido ele se
comporta como um líquido e quando perde parte de sua água fica muito plástico e
ao ficar mais seco torna-se quebradiço (PINTO, 2006).
Pinto (2006) ainda afirma que os teores de umidades são correspondentes às
mudanças de estado são definidos como Limite de Liquides (LL) e Limite de
Plasticidade (LP), como mostra a Figura 3. Assim ao diferenciar esses dois limites,
são obtidas as faixas de valores em que o solo se apresenta plástico, o qual é
definido como Índice de Plasticidade (IP) do solo.
Figura 3 - Limite de Liquides e Limite de Plasticidade
Fonte: Pinto, 2006
O Limite de Liquidez é estabelecido como o teor de umidade do solo com o
qual é feito uma ranhura e aplicado 25 golpes para se fechar em uma concha. São
realizadas diversas tentativas, com o solo em diferentes umidades para fechar a
ranhura, sendo assim possível obter o limite pela interpolação dos resultados.
20
O Limite de Plasticidade é determinado como o menor teor de umidade com o
qual se consegue moldar um cilindro com 3 mm de diâmetro. Deve-se notar que a
passagem de um estado para outro ocorre de forma gradativa, assim variando com
a umidade (PINTO, 2006). Na Tabela 1 é possível verificar alguns índices de
Atterberg de alguns solos brasileiros. Na tabela 2 é apresentada a classificação de
Burmister (1949) apud Das (2011) quanto a plasticidade do solo.
Tabela 1 - Índices de Atterberg de alguns solos brasileiros
Fonte: Pinto, 2006
Tabela 2 - Classificação do índice de plasticidade (IP) IP Descrição
0 Não plástico
1-5 Ligeiramente plástico
5-10 Plasticidade baixa
10-20 Plasticidade média
20-40 Plasticidade alta
> 40 Plasticidade muito alta
Fonte: Das, 2011
Solos LL % IP %
Residuais de arenito (arenosos finos) 29-44 11-20
Residual de gnaisse 45-55 20-25
Residual de basalto 45-70 20-30
Residual de granito 45-55 14-18
Argilas orgânicas de várzeas quaternárias 70 30
Argilas orgânicas de baixadas litorâneas 120 80
Argila porosa vermelha de São Paulo 65 a 85 25 a 40
Argilas variegadas de São Paulo 40 a 80 15 a 45
Areias argilosas variegadas de São Paulo 20 a 40 5 a 15
Argilas duras, cinzas de São Paulo 64 42
21
2.4.3 Massa específica dos grãos do solo
Pinto (2006) afirma que a massa especifica dos grãos é a relação entre as
partículas sólidas e o volume ocupado pelos grãos. Em laboratório é possível
determinar a massa específica para cada solo em estudo com base na NBR
6508:1984.
Esse ensaio é basicamente a comparação de pesos, do picnômetro calibrado,
o qual contém água destilada até a uma marca demarcatória, com o peso do
picnômetro com água e solo até a mesma marca demarcatória. Com a temperatura
de suspensão de ambos é possível fazer a correção em função da curva de
calibração do picnômetro. O peso específico real dos grãos de um solo não costuma
variar muito seus valores ficam em torno de 27 kN/m³. Areias costumam apresentar
pesos específicos em torno de 26,5 kN/m³ e argilas lateríticas, em virtude da
deposição de sais de ferro possuem valores de até 30 kN/m³ (PINTO, 2006).
2.5 Classificação do Solo
Para Das (2011) solos distintos com características semelhantes podem ser
classificados em grupos e subgrupos diferentes, conforme seu comportamento. A
grande maioria dos sistemas de classificação foi desenvolvida com intuito de ter
como base propriedades de índices simples aplicados na engenharia.
Existem diversos sistemas de classificação em uso, a grande maioria não é
totalmente definitiva, pois existem uma grande diversidade de solo e cada um com
sua propriedade.
2.5.1 Classificação textural
A textura dos solos é referente à aparência de sua superfície e tem grande
influência pelo tamanho das partículas individuais que constam no solo. Na
classificação textural, os solos são denominados a partir dos seus componentes
principais como argila siltosa, argila arenosa e outros (DAS, 2011).
Das (2011) ainda afirma que antigamente foram desenvolvidos variados
sistemas de classificação textural por diversas organizações, com o intuito de
atender as suas necessidades individuais, sendo muito deles são utilizados até hoje.
22
Na Figura 4 é possível analisar um modelo desenvolvido pelo Departamento de
Agricultura dos Estados Unidos (USDA). Esse sistema tem como base os limites de
granulometria.
- Tamanho da partícula de areia: 2,0 a 0,05 mm de diâmetro.
- Tamanho da partícula de silte: 0,05 a 0,002 mm de diâmetro.
- Tamanho da partícula de argila: menos que 0,002 de diâmetro.
Figura 4 - Modelo de classificação textural
Fonte: Das, 2011
2.5.2 Sistema de classificação da AASHTO
O sistema de classificação de solo da AASHTO, o qual foi desenvolvido em
1929, já passou por diversas revisões e sua versão atual é mostrada na Tabela 3.
Nesta classificação o solo é dividido em sete grandes grupos: A-1 a A-7.
Assim os solos que pertencem aos grupos A-1, A-2 e A-3 são materiais
granulares que possuem 35% ou menos de partículas passantes pela peneira nº
200. Já os solos que passa mais de 35% das partículas na mesma peneira são
pertencentes aos grupos A-4, A-5, A-6 e A-7. Esse sistema possui três critérios para
efetuar a classificação (DAS, 2011):
23
- Tamanho dos grãos: Pedregulho, fração que passa na peneira com abertura
75mm e fica retido na 2 mm; Areia, fração que passa na peneira 2mm e fica retido
na 0,075mm; Silte e argila, fração que passa na 0,075mm.
- Plasticidade: O termo siltoso é aplicado quando as frações finas do solo têm
um índice de plasticidade menos que 10, já os argilosos têm um índice de
plasticidade maior ou igual a 11.
- Se seixos e pedras: registra-se sua presença, mas são excluídos para
classificação.
Das (2011) explica que ao classificar os solos de acordo com a tabela da
AASHTO, é necessário aplicar os dados da esquerda para a direita, assim fazendo
um processo de eliminação no qual os dados de ensaios se enquadram.
Tabela 3 - Tabela de classificação de solos da AASHTO
Fonte: SENÇO,1997
24
2.5.3 Sistema unificado de classificação de solos
Esse sistema foi proposto por Casagrande em 1942 com o intuito de ser
utilizado em trabalhos de construção em campos de aviação que foram implantados
durante a Segunda Guerra Mundial. Nos dias de hoje é amplamente usado pelos
engenheiros (DAS, 2011).
Duas grandes categorias podem ser classificadas por esse sistema, as quais
podem ser visualizadas na Tabela 4. A primeira são os solos de granulação grossa,
os quais são naturalmente pedregulho e areia, cujo material que passa na peneira nº
200 é menor que 50%. Já os solos de granulação fina são aqueles que passa 50%
ou mais do material na peneira nº 200.
Tabela 4- Tabela do Sistema Unificado de classificação de solos
Fonte: Das, 2011
2.6 Resistência ao Cisalhamento dos Solos
Segundo Caputo (2015) a propriedade dos solos em suportar cargas e
conservar sua estabilidade depende da resistência ao cisalhamento do solo. Quando
uma massa se rompe é porque sua resistência foi excedida. A equação de Coulomb
25
(Equação 1) mostra que a resistência ao cisalhamento de um solo é formada
basicamente por duas componentes: a “coesão” e o “atrito” entre as partículas.
= c + ’ tan (1)
onde:
= resistência ao cisalhamento;
c = coesão;
= ângulo de atrito interno;
’ = tensão normal efetiva no plano de ruptura.
Das (2011) ainda explica que em 1900, Mohr apresentou a teoria para rupturas
em materiais. Essa teoria afirma que o material se rompe devido ao conjunto de
forças, a normal e de cisalhamento.
Mohr (1900) apud Das (2011) afirmou que um material se rompe em
decorrência de uma combinação entre as forças normal e de cisalhamento, e não
devido à máxima de uma dessas, expressando assim a relação entre as mesmas
formando uma envoltória de ruptura definida por uma linha curva.
Pinto (2006) cita que tem que ser feita uma distinção entre a coesão verdadeira
e a aparente. Chama-se coesão aparente pois quando o solo se encontra saturado
uma parcela de sua resistência que é concedida pela coesão desaparece. Isso
occore, pois a água elimina uma grande parcela de coesão aparente e assim
começa a apresentar valores baixos de coesão total. Com isso o solo acaba
passando a resistir devido às forças da coesão real e do atrito entre as partículas,
que dependem do nível das tensões em que o solo está submetido, então se
acontecer de a tensão efetiva ser nula, assim como a coesão do solo saturado, a
sua resistência ao cisalhamento também será nula (CRAIG, 2007).
2.6.1 Tipos de ensaios para obtenção de parâmetros de resistência ao
cisalhamento de solos
A determinação dos parâmetros de resistência ao cisalhamento dos solos é
normalmente feita em laboratório, a partir dos seguintes ensaios:
26
- Cisalhamento Direto;
- Compressão Triaxial;
- Compressão Simples.
O preparo das amostras pode ser indeformada ou caso for deformada se deve
reproduzir as condições que se pretende alcançar em obra.
2.6.1.1 Ensaio de cisalhamento direto
Segundo Das (2011) o ensaio de cisalhamento direto é o mais antigo e mais
simples método para obtenção dos parâmetros de resistência ao cisalhamento de
um solo. O ensaio consiste em um conjunto de peças, incluindo a caixa metálica, na
qual o corpo de prova de solo é colocado, a qual pode ter formatos quadrado ou
circular, como mostra a Figura 5. Essa caixa é dividida horizontalmente em duas
metades, na qual sofre a força normal aplicada no topo da caixa de cisalhamento e
uma força cisalhante é aplicada na horizontal. Essa força é aplicada ao mover
metade da caixa sobre a outra para assim provocar a ruptura no solo.
Conforme o equipamento que se tem é possível ter a tensão controlada ou a
deformação controlada. Nos ensaios que tem a tensão controlada, a força cisalhante
é aplicada em incrementos iguais até que o corpo de prova tenha rompido por
completo. Essa ruptura ocorre ao longo do plano que divide a caixa de cisalhamento.
O deslocamento do corpo de prova é medido com um extensômetro horizontal,
assim como a altura do corpo de prova durante o ensaio também pode ser medida
com um extensômetro na vertical da placa de carregamento superior (DAS, 2011).
Já nos ensaios de deformação controlada, é aplicada uma taxa constante de
deslocamento cisalhante através de um motor que atua por meio de engrenagens.
Assim, a taxa cisalhante de deslocamento é verificada por um extensômetro na
horizontal e a força resistente ao cisalhamento do solo que corresponde a qualquer
deslocamento é medida com um anel dinamométrico horizontal ou também por uma
célula de carga. A variação de volume é verificada igual a do ensaio de tensão
controlada (DAS, 2011).
27
Figura 5- Cisalhamento direto
Fonte: Pinto, 2006
2.6.1.2 Compressão triaxial
Das (2011) afirma que o ensaio de compressão triaxial é um dos mais
confiáveis métodos disponíveis para se determinar parâmetros da resistência ao
cisalhamento, sendo usado amplamente para ensaios de pesquisas e ensaios
convencionais. Nesse ensaio é utilizado geralmente um corpo de prova (CP) com
aproximadamente 50 mm de diâmetro e 100 mm de comprimento. O CP é envolto
com uma membrana fina de borracha e colocado dentro de uma câmera cilíndrica,
que usualmente é preenchida com água.
Assim, o corpo de prova fica submetido a uma pressão de confinamento por
compressão do fluido da câmara. Logo após isso, é aplicada uma tensão axial por
meio de uma haste de carregamento vertical, a qual provoca a ruptura por
cisalhamento do corpo de prova. A tensão tem duas maneiras de ser aplicada. A
primeira delas é a aplicação de pesos ou pressão hidráulica em incrementos iguais
até a ruptura do corpo de prova. A segunda é por meio da aplicação da deformação
axial com uma taxa constante, por intermédio de uma prensa de carregamento
hidráulico ou mecânico.
Pretendendo reproduzir as diversas condições de solicitação existentes na
prática, os ensaios de compressão triaxial foram classificados em três grupos:
ensaio lento ou com drenagem, ensaio rápido ou sem drenagem e ensaio rápido
com pré-adensamento (CAPUTO, 2015).
28
O ensaio lento ou com drenagem é representado pelo símbolo S (de “slow”),
sendo que as suas tensões são aplicadas lentamente e com a válvula aberta. Dessa
maneira, as poropressões serão constantemente desprezíveis. Assim, a água é
expulsa por meio de uma placa porosa onde será levada para o exterior do molde e
o controle da válvula da poropressão é feito com uma bureta existente no
equipamento (CAPUTO, 2015).
Caputo (2015) expõe que o ensaio rápido ou sem drenagem é indicado pelo
símbolo Q (de “quick”) e as tensões são aplicadas rapidamente e com a válvula
fechada. Desse modo, será impossível à saída de água da amostra. Nesse caso em
específico a amostra é apoiada sobre placa impermeável.
O ensaio pré-adensado possui os dois tipos de pressão já citadas
anteriormente, sendo que uma delas é aplicada lentamente, como no ensaio lento
ou com drenagem e a outra rapidamente como no caso do ensaio rápido ou sem
drenagem (CAPUTO, 2015).
2.6.1.3 Compressão simples
Caputo (2015) cita que o ensaio de compressão simples se trata de um caso
especial de compressão triaxial. Uma amostra cilíndrica é colocada entre dois pratos
de uma prensa, tomando-se assim uma altura igual a duas ou três vezes o diâmetro.
Logo após isso é aplicada uma carga progressivamente, sendo a curva de tensão-
deformação formada diretamente por um dispositivo do aparelho utilizado.
A resistência à compressão em função de um valor de coesão de um solo
altamente coesivo é igual a sua metade, sendo esse resultado bastante expressivo e
que se é obtido através do diagrama de Mohr.
2.7 Estabilidade de Taludes
Para Caputo (2015) pode-se definir talude qualquer área inclinada constituída
de um maciço de rocha ou solo, podendo ser natural, o qual é denominado encosta,
ou ser um talude de corte ou aterro construído pelo homem.
Massad (2010) afirma que atualmente os métodos para análise de
estabilidade de taludes são baseados na hipótese de ter equilíbrio em uma massa
de solo, o qual é tomado como corpo rígido-plástico, na eminência de entrar em um
29
processo de escorregamento, sendo que a partir disso é que surge a denominação
de métodos de equilíbrio-limite.
Observando os escorregamentos na natureza as análises passaram a levar em
conta a massa de solo como um todo (Método do Circuito de Atrito), ou também
subdivididas em lamelas (Método Sueco) e o método em cunhas (Método das
Cunhas). E com base nos conhecimentos de suas forças atuantes é possível
determinar as suas tensões de cisalhamento induzidas, isso por meio das equações
de equilíbrio. Com isso, a análise termina com a comparação das tensões atuantes
com a resistência ao cisalhamento do solo em estudo (MASSAD, 2010).
2.7.1 Principais tipos de movimentos de massas
As rupturas são classificadas em cinco categorias principais, segundo Cruden e
Varnes (1996):
a) Queda - são os desprendimentos do solo e/ou de fragmentos de rocha que
caem de um talude;
b) Tombamento - são os movimentos de rotação à frente de um solo e/ou
massas rochosas aproximadamente no eixo abaixo do centro de gravidade da rocha
que está sendo deslocada;
c) Escorregamentos (deslizamentos) – são movimentos descendentes de uma
massa de solo, que se subdividem em rotacionais, translacionais e compostos;
d) Expansões laterais (ou espalhamento) – é a forma de deslizamento que
ocorre através da translação;
e) Escoamentos/rastejos - são movimentos das massas de solo de forma
similar à de fluidos viscosos.
2.7.2 Causas de ruptura
Normalmente são considerados mecanismos de causas de uma ruptura a
redução da resistência ao cisalhamento e o acréscimo de cargas aplicadas. Para
Caputo (2015), a junção dos fatores em uma estação chuvosa, aumenta o peso
específico do material e reduz significativamente a resistência ao cisalhamento. O
motivo desse acontecimento é o aumento da poropressão o que pode deixar claro o
30
diagnóstico de escorregamentos nestes períodos e também a perda da coesão
aparente.
2.7.2.1 Causas internas de ruptura
a) Efeitos térmicos
Segundo Guidicini e Nieble (1983), as oscilações térmicas podem provocar
variações de volume no maciço rochoso, o que pode ocasionar no destaque de
blocos. Esse fenômeno pode ser de grande significância em condições climáticas
em que predomine o intemperismo físico sobre o químico. Ainda tem que se levar
em consideração que esse fenômeno na variação diurna de temperatura é uma das
principais causas do processo de rastejo de um talude.
Guidicini e Nieble (1983) ainda citam que em um bloco de material sobre um
plano inclinado, fará com que as contrações e dilatações de origem térmica corram
simetricamente sobre o bloco.
As variações de comprimento podem ser muito pequenas, o que pode não
haver deslocamento se elas resultarem em tensões de cisalhamento inferiores á
tensão de fluência.
Se a tensão de cisalhamento for ultrapassada, pode ocorrer o deslocamento do
talude por rastejo e se a resistência ao cisalhamento for ultrapassada assim ocorrerá
o escorregamento (GUIDICINI E NIEBLE,1983).
b) Diminuição de resistência por intemperismo
Guidicini e Nieble (1983) afirmam que o processo de modificação por
intemperismo pode levar ao enfraquecimento gradual do meio rochoso, isto ocorre,
pois existe a remoção de alguns elementos solúveis dos minerais. Esse
enfraquecimento significa uma diminuição dos parâmetros de resistência, a coesão e
ângulo de atrito interno.
Esse processo de alteração das rochas pode formar zonas de materiais com
características de permeabilidade bem diferentes, normalmente de forma paralela à
superfície do talude. Quanto se tem camadas menos permeáveis intervalando com
31
camadas de mais permeabilidade, em que se dispõe de forma paralela, pode
desenvolver elevadas pressões no talude, o que favorece a instabilidade das
encostas (GUIDICINI E NIEBLE,1983).
2.7.2.2 Causas externas de ruptura
a) Mudanças na geometria
A modificação das condições geométricas do maciço é uma das causas mais
comuns e óbvias de instabilidade. Pode ocorrer tanto por excesso de sobrecarga na
porção superior ou então retirando parte de sua massa na porção inferior
(GUIDICINI E NIEBLE,1983).
Ainda, segundo os autores, o retaludamento que é executado para aumentar a
estabilidade pode reduzir as forças solicitantes e também as forças que tenderão a
ocasionar a ruptura.
Um dos erros mais constantes é a remoção de porções inferiores do talude,
principalmente quando já se verificou algum movimento de massa. Isso ocorre, pois
o ângulo de inclinação do talude é maior que o ângulo de atrito interno do material, o
que evidencia a existência de empuxo passivo no maciço (GUIDICINI E
NIEBLE,1983).
b) Vibrações
Alguns agentes como terremotos, ondas, explosões, tráfego intenso, cravação
de estacas e operação de equipamentos de grande porte, transmitem vibrações ao
substrato. As máquinas pesadas resultam em vibrações de alta frequência, assim a
aceleração se torna um fator principal, pois resulta em um fator de força nociva que
é resultante da vibração. Já os abalos sísmicos, ao contrário, sua frequência é baixa
e o que predomina na aceleração do movimento é a amplitude da vibração, assim se
tornando muito perigoso quando essa amplitude ultrapassa certos limites
(GUIDICINI E NIEBLE,1983).
32
2.7.3 Principais métodos para análise de estabilidade de um talude
Gerscovich (2013) afirma que o método do equilíbrio-limite que é utilizado para
analisar taludes tem como objetivo determinar o equilíbrio de uma massa ativa de
solo em que pode ser delimitada por uma superfície que teve uma ruptura circular ou
de outra geometria.
2.7.3.1 Taludes finitos
Para Das (2011), um talude finito, é aquele que tem a dimensão da altura
crítica próxima ao valor da altura do talude, e Caputo (2015) afirma que os taludes
finitos apresentam superfícies de ruptura plana ou curva.
Massad (2010) afirma que esse método do equilíbrio- limite contém diversas
variantes, sendo a de maior importância o método sueco, onde inclui a análise de
Fellenius e Bishop simplificado.
Para Gerscovich (2013) o método de Fellenius admite que o equilíbrio das
forças em cada uma das fatias é feito nas direções tangenciais e normais na
superfície da ruptura. Esses métodos são muito conservadores, o que tende a levar
a valores baixos de Fator de Segurança.
Já no caso do método Bishop o equilíbrio das forças é realizado na direção
vertical conforme Figura 6, e a solução é obtida de forma iterativa, pois o FS é
apresentado dos dois lados da equação 2 (MASSAD, 2010).
Figura 6 – Lamela de Bishop
Fonte: Massad, 2010
33
(2)
Guidicini e Nieble (1983) expõem que os métodos baseados no equilíbrio limite
são os mais utilizados, pois a análise não pode ser mais complexa do que o nível de
compreensão do próprio talude. Através desses métodos é possível prever que as
forças que estão induzindo a ruptura são balanceadas pelos esforços resistentes,
tendo como finalidade de comparação de diferentes condições de equilíbrio limite
para a estabilização do talude, assim ficando definido através da equação 3 (DAS,
2011).
FS= τf / τd (3)
onde:
τf = resistência média ao cisalhamento do solo;
τd = tensão de cisalhamento média desenvolvida ao longo da superfície potencial de
ruptura.
2.7.3.2 Taludes infinitos
Massad (2010), explica que os taludes que são caracterizados pela sua
relação entre uma grande extensão confrontada a uma reduzida espessura do manto
do solo são denominados taludes infinitos. E quando ocorre a ruptura ela é
classificada como planar. A Figura 7 mostra um exemplo de talude infinito.
Figura 7 – Seção de um talude infinito com superfície de ruptura planar
Fonte: Massad, 2010
34
Os fatores de segurança para taludes denominados infinitos secos ou com
fluxo de água podem ser obtidos através das equações 4 e 5, respectivamente.
(4)
( )
(5)
onde:
c = coesão total;
= ângulo de atrito interno na condição não saturada;
c' = coesão real ou efetiva;
= peso específico natural do solo;
sat = peso específico saturado do solo;
H = espessura do talude;
= inclinação do talude;
Hw = altura do nível de água em referência à potencial superfície de ruptura;
w = peso específico da água
' = ângulo de atrito interno efetivo.
2.7.4 Fatores de segurança exigidos pela Norma Brasileira
Quando o Fator de Segurança for igual a 1,00, o talude estará em estado de
ruptura iminente. Conforme a NBR 11682:2009 - Estabilidade de Taludes, o valor de
FS recomendável, varia conforme o grau de segurança, que apresenta uma relação
entre as perdas ambientais, de vidas humanas e perdas materiais.
Através da Tabela 5 é possível verificar os níveis de segurança desejados
contra a perda de vidas humanas. Já na Tabela 6 são analisados os níveis para os
danos materiais e ambientais A Tabela 7 apresenta os fatores mínimos para os
deslizamentos, classificando como alto, médio e baixo.
35
Tabela 5 – Nível de segurança desejado contra a perda de vidas humanas
Fonte: NBR 11682,2009
Tabela 6 – Nível de segurança desejado contra danos materiais e ambientais
Fonte: NBR 11682,2009
Tabela 7- Fatores de segurança mínimo para deslizamentos
Fonte NBR 11682,2009
36
2.7.5 Interferência da água na estabilidade
Menezes e campos (1992), afirmam que uma das principais causas de
deslizamentos é o aumento das chuvas. Esse efeito depende de outros fatores,
como a permeabilidade do solo, as condições climáticas, a topografia do local e da
estrutura geológica.
O solo antes de um período de chuvas não está saturado o que apresenta
sucção, assim originando uma coesão aparente, que é um dos fatores principais na
estabilidade de talude. A partir do momento em que ocorrerem as chuvas as
camadas superficiais absorvem a água, assim aumentando o grau de saturação em
sequência aumentando a condutividade hidráulica.
Quando ocorre uma nova precipitação, se tem um avanço mais rápido da
saturação, o que ocasiona na redução da sucção e também da resistência ao
cisalhamento do solo e consequentemente no aumento do seu peso próprio. Essa
conjugação de efeitos pode levar à ruptura da encosta ou do talude.
2.7.6 Retroanálise
Guidicini e Nieble (1983) falam que retroanálise é um método bastante
apropriado, rápido e de baixo custo. Essa avaliação da estabilidade de massas
terrosas e rochosas é uma forma de observação e de analisar os casos de colapsos
já ocorridos. Informada a área a ser estudada é aconselhável supor que já tenham
ocorrido alguns fenômenos de instabilizarão.
Os autores ainda citam que é possível reconstituir a geometria do talude antes
da ruptura, com as curvas de níveis que estão intactas. A partir desse levantamento
se obtém um perfil da superfície de movimentação, assim sendo possível avaliar o
volume da massa movimentada.
Ao analisar um talude existem basicamente três incógnitas, sendo que a
primeira delas é a coesão. A segunda incógnita é o ângulo de atrito ao longo do
plano de movimentação e por último as pressões exercidas pela água no interior do
talude, por ocasião do colapso (GUIDICINI E NIEBLE,1983).
37
2.7.7 Medidas de estabilização de taludes
Segundo Massad (2010) as condições que estão ao contorno do talude a ser
estudado têm grande influência no tipo de solução a ser implantada, ficando
evidente que ao fazer a estabilização de um talude em área urbana, ou de um talude
de ferrovia ou rodovia, ambos podem conter problemas muito semelhantes, mas
exigem soluções completamente diferentes.
Alguns processos preventivos ou corretivos podem ser classificados por
objetivo. A classificação por objetivo está ligada às causas e aos agentes de
instabilização, assim sendo possível classificar algumas providências como,
eliminação da água, atenuação do dessecamento, atenuação da pressão da água,
atenuação dos efeitos da gravidade, atenuação e controle da erosão e combate á
ação do gelo (GUIDICINI E NIEBLE,1983).
Hoek e Londe (1974) resumem algumas técnicas de estabilidade de taludes
rochosos e de solos. A primeira delas é a mudança da geometria do talude, seguida
da drenagem de água subterrânea e reforço do maciço.
Guidicini e Nieble (1983) afirmam que mudar a geometria de um talude
geralmente significa reduzir o ângulo e a altura do talude, e, quando for possível
aplicar esse método ele será o mais barato meio de melhorar a estabilidade de um
talude. Entretanto, essa medida nem sempre é a mais efetiva, pois as reduções de
altura e ângulo não reduzem as forças solicitantes que induzem a ruptura, mas
reduzem a tensão normal e com isso a sua força de atrito. Assim a maior vantagem
dessa mudança de geometria sobre os outros métodos é que seus efeitos serão
permanentes.
A drenagem da água subterrânea dos taludes sempre melhorará a
estabilidade. Entretanto, é necessário verificar o incremento real que pode ser
conseguido e qual o custo do sistema. Existem diversas formas, a mais simples e
barata de controle é diminuir a quantidade de água que entra no topo e na face do
talude. Quando essas fendas são visíveis no topo do talude se recomenda
preenchê-las com materiais porosos e selar o topo da fenda com materiais
impermeáveis, evitando assim a entrada direta de água superficial em chuvas
pesadas (MASSAD 2010)
Caputo (2015) citam que galerias de drenagens têm as vantagens de
interceptar um grande número de descontinuidades em maciços rochosos e permite
38
a introdução de drenos em regiões críticas. Em taludes em solo, é muito eficiente
como caminhos preferencias de percolação, porém existe a dificuldade de execução,
assim tendo que ser levando em conta o fator econômico.
Hoek e Londe (1974) citam que o reforço artificial é uma forma
economicamente viável em taludes de pequeno porte ou em blocos de dimensões
menores, isso por conta de ter que ser aplicado 20% do peso total da massa instável
por meio do reforço considerado, assim tornando o custo muito elevado. A
instalação desse método em taludes que já apresentam sinais evidentes de
instabilidade é a menos recomendada, pois o mesmo já perdeu sua resistência
devido às fraturas.
Já taludes em solo, esses reforços do maciço são representados pelos muros
de arrimo, cortinas atirantadas continuais e descontinuais assim associando esse
sistema a uma drenagem eficiente (HOEK E LONDE,1974).
2.8 Prospecções geotécnica
2.8.1 Sondagem a trado
Segunda a NBR 9603/88 a sondagem a trado é um processo simples rápido e
econômico para investigações preliminares dos solos. Permitindo então a obtenção
de amostras deformadas no decorre do local em estudo.
2.8.1.2 Trados manuais: o trado se subdivide segundo a NBR 9603/88 como
cavadeira, torcido, helicoidal, concha, o que delimita é a presença de pedregulhos
ou pedras, solos abaixo do nível de água e areias bem compactas.
2.8.1.3 Trados mecanizados (motor a gasolina): o trado do tipo mecanizado
permitem furos de maior diâmetro, passa assim atingir maiores profundidades e para
chegar até solos mais compactos.
39
2.8.2 Coleta de amostras
2.8.2.1 Deformada
Segunda a NBR 9604/96 é quando durante o processo de extração são
preservados os constituintes minerais originais, entretanto perde sua estrutura
devido ao processo de extração e não conserva perfeitamente a umidade do local de
retirado. A amostra pode ser utilizada aos ensaios que não exigem a preservação
dessa estrutura, como os ensaios de caracterização, os ensaios de consistência e
massa específica dos grãos.
2.8.2.2 Indeformada
Define como amostra indeformada aquela que além de representativa
preserva ao máximo a estrutura do solo. São mantidos o peso específico aparente e
a umidade natural do solo. São extraídas com amostradores e recebem cuidados
especiais no seu manuseio e transporte conforme define a NBR 9604/96.
40
3 METODOLOGIA
3.1 Descrição física do local em estudo
O local em estudo situa-se no município de Santa Cruz do Sul, região central
do estado do Rio Grande do Sul. O talude que rompeu (Figura 8) se encontra dentro
do campus da Universidade de Santa Cruz do Sul (Figura 9). Sua localização
geográfica é a seguinte: Latitude – 29°41'46"S” e Longitude – 52°26'12"O” (Figura
10).
Consultando-se os Mapas de Clima (2002) e de Biomas (2016),
disponibilizados no site do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística – IBGE,
verificou-se que o clima local é Mesotérmico Brando, a temperatura média anual é
19,7 °C a pluviosidade média anual é de 1311 mm e o bioma em que está inserido é
o Mata Atlântica o qual se distribui em milhares de fragmentos da região litorânea
aos planaltos e serras do interior, do Rio Grande do Norte ao Rio Grande do Sul.
Figura 8 – Local em estudo
Fonte: Arquivo do autor, 2017.
41
Figura 9 - Mapa ilustrativo da UNISC com localização do talude
Fonte: Site da Universidade de Santa Cruz do Sul, 2017.
Figura 10- Localização do talude estudado na cidade de Santa Cruz do Sul - RS
Fonte: Google Earth, 2017.
42
3.2 Enquadramento geológico do local em estudo
Com o auxílio do Mapa Geomorfológico elaborado pela Secretaria de
Orçamento e Gestão do Rio Grande do Sul – SEPLAG (2004), verifica-se que o local
em estudo se localiza na transição das Unidades Geomorfológicas da Depressão
Central a qual é formada por rochas sedimentares e se caracteriza pela presença de
terrenos de baixa altitude, com a do Planalto Meridional que é também formado
principalmente por terrenos sedimentares recobertos, parcialmente, por derrames
de lavas basálticas (Figura 11).
Após consulta ao Mapa Geológico do Estado do Rio Grande do Sul elaborado
pelo Serviço Geológico do Brasil – CPRM (2006) foi possível verificar que o local
estudado está localizado em uma faixa de transição entre a região representada
pelo símbolo K1β (Fácies Gramado) e T23sm (Formação Santa Maria) os quais
estão representado na Figura 12. A geologia que compõem estas fácies são,
respectivamente, derrames de basaltos granulares de finos a médios e arenito e
arenito conglomerático.
Figura 11 - Localização da cidade de Santa Cruz do Sul no mapa geomorfológico do Rio Grande do Sul
Fonte: Secretaria de Orçamento e Gestão do Rio Grande do Sul – SEPLAG, 2004.
Santa Cruz do Sul
43
Figura 12 - Localização do local em estudo no mapa geológico do Estado do
Rio Grande do Sul
Fonte: Serviço Geológico do Brasil – CPRM, 2006.
3.3 Dados pluviométricos do local
Para o caso em estudo, tem-se que a ruptura do talude (Figura 8) ocorreu no
início do ano de 2016. Conforme registros do site do Instituto Nacional de
Meteorologia – INMET a estação meteorológica de Santa Cruz do Sul (Figura 13)
assinalou que acúmulo do índice pluviométrico foi bastante significativo no início do
ano de 2016 tendo um valor de 141 mm durando o mês de janeiro. Observa-se que
no ano anterior (Figura 14) não ocorreram precipitações de mesma intensidade do
que essa.
Figura 13 - Levantamento pluviométrico registrado na estação de meteorologia de Santa Cruz do Sul no ano de 2016.
Fonte: Instituto Nacional de Meteorologia – INMET, 2017.
Talude em estudo
44
Figura 14 - Levantamento pluviométrico registrado na estação de meteorologia de Santa Cruz do Sul no ano de 2015.
Fonte: Instituto Nacional de Meteorologia – INMET, 2017.
3.4 Realização de sondagem a trado
A sondagem a trado consiste em uma perfuração manual com pequeno
diâmetro, com ferramentas capazes de executar a perfuração do solo.
O equipamento é composto por uma haste metálica, no qual fixa-se uma
haste em uma das suas extremidades. Já na outra extremidade foram fixados trados
do tipo concha, ficando assim possível coleta de amostras (Figura 15).
Foram realizados três furos no sentido transversal na linha central da ruptura
do talude. Através da sondagem a trado foi possível identificar as camadas, sendo
que até as profundidades que se estenderam as perfurações foram encontradas
duas camadas, sendo a primeira designada de solo 1 e a segunda de solo 2.
Figura 15 – Realização dos furos de sondagem através do trado manual
Fonte: Arquivo do autor, 2017.
45
3.5 Sondagem mecânica
A sondagem rotativa é uma forma de investigação geológico-geotécnica que
possui um conjunto moto-mecanizado (Figura 16), assim sendo possível coletar
amostras de diversos tipos de materiais, até rochosos em alguns casos. O
equipamento empregado é composto de uma broca em formato helicoidal (Figura
17), que através da ação perfurante composta pela força de penetração e a rotação,
possibilitam a realização da perfuração.
Para iniciar a sondagem foi necessário realizar uma limpeza da área para que
fosse permitida a execução de todas as operações sem nenhum obstáculo. Também
foi verificado se a ancoragem do equipamento no solo estava bem firme, para que
assim fosse minimizada a transmissão de vibrações durante a perfuração. Antes de
iniciar a perfuração foi verificado o nivelamento da broca de perfuração.
A sondagem foi executada no topo do talude em estudo, a qual teve uma
profundidade 6 metros de perfuração.
Figura 16- Conjunto moto-mecanizado realizando a sondagem
Fonte: Arquivo do autor, 2017.
46
Figura 17 – Broca que realizou a sondagem mecânica.
Fonte: Arquivo do autor, 2017.
3.6 Levantamento topográfico
Foi realizado um levantamento planialtimétrico do local (Figura 18), com o
auxílio de uma estação total, onde foram coletados conjuntos de pontos para que
assim fosse possível traçar as curvas de nível. Além disso, foram locados os pontos
onde foram realizadas sondagens.
Figura 18 - Planta Planialtimétrica do local em estudo
Fonte: Arquivo do autor, 2017.
47
3.7 Coleta de amostras deformadas de solo
As amostras deformadas de solo foram coletadas do talude em estudo (Figura
19) para assim auxiliar na caracterização das camadas que compõem o talude e
para realizar ensaios de laboratório. Esse material foi retirado através da sondagem
a trado já descrita no item 3.4.
Figura 19 - Material coletado com o auxilio do trado manual
Fonte: Arquivo do autor, 2017.
3.8 Coleta de amostras indeformadas de solo
Define-se como amostra indeformada uma fração do solo que se corta, retira-
se e acondiciona-se, cuidando-se para que tenha as menores alterações possíveis.
Foram extraídos dois blocos da primeira camada de solo, tendo em vista que se
identificou através das sondagens a trado que a ruptura aconteceu acompanhando a
linha de interface entre a primeira e a segunda camada, sendo a primeira
notavelmente bem menos resistente que a segunda. Ou seja, a primeira camada
que condicionou a ruptura. Essas amostras foram utilizadas para a extração de
corpos de prova a serem submetidos a ensaios de cisalhamento direto. Para se
retirar cada amostra de solo, inicialmente foi cortado solo com uso de uma faca até
formar um bloco de 30x30 cm (Figuras 20 e 21).
48
Em seguida foram aplicadas três camadas de parafina deixando cada camada
esfriar e endurecer antes da aplicação da próxima camada (Figura 22), com o
propósito de conservar a umidade do solo. Em seguida o bloco foi embrulhado com
um tecido suave e no final foram aplicadas mais três camadas de parafina. Após
esse processo cada bloco foi envolto com plástico filme (Figura 23), colocado em
caixa de madeira e envolto por serragem para assim ser transportado até o
laboratório.
Figura 20 - Preparação do local para coleta do bloco
Fonte: Arquivo do autor, 2017.
Figura 21 - Bloco pronto após escavação
Fonte: Arquivo do autor, 2017.
49
Figura 22 – Aplicação da parafina no bloco
Fonte: Arquivo do autor, 2017.
Figura 23 - Blocos após aplicação de parafina e tecido, envolto com plástico filme
Fonte: Arquivo do autor, 2017.
50
3.9 Ensaios de laboratório
3.9.1 Caracterização
3.9.1.1 Granulometria
Para determinar a granulometria dos solos, foi realizada uma combinação de
peneiramento e sedimentação conforme a NBR 7181:1984. Para a determinação da
granulometria dos solos que possuem partículas menores que 0,074 mm, ou seja,
material que passa na peneira n° 200, é necessário, além do emprego da técnica de
peneiramento, realizar o processo de sedimentação. Assim, torna-se possível obter
as coordenadas para realizar o traçado da curva granulométrica, em que foram
colocados os diâmetros das partículas em escala logarítmica, e em seguida as
porcentagens passantes das partículas menores de cada diâmetro. As execuções da
sedimentação (Figura 24) e do peneiramento grosso (Figura 25) foram realizadas
nas etapas em que a NBR 7181:2016 orienta.
Ao fazer a análise por peneiramento foi necessário dividi-la em duas etapas: a
de peneiramento grosso, que consistem em partículas de diâmetro maiores do que
2,0 mm e a de peneiramento fino que é realizado com o material que foi submetido
ao processo de sedimentação e empregando um processo de lavagem, sendo que
essa etapa abrange as partículas com diâmetro entre 2,0 e 0,075 mm,
Já a etapa de sedimentação possibilita que seja feita a determinação do
diâmetro das partículas, pelo método suspensão dos grãos de solo menores do que
2,0 mm, isso em um ensaio em que é utilizado uma proveta graduada e os valores
foram obtidos através das leituras em um densímetro calibrado. Esse método das
partículas em suspensão é baseado na Lei de Stokes, que estabelece uma relação
entre o diâmetro da partícula e a velocidade em que ocorre a sedimentação.
51
Figura 24 - Etapa de granulometria através da sedimentação
Fonte: Arquivo do autor, 2017.
Figura 25 - Etapa de peneiramento com o auxilio do agitador mecânico
Fonte: Arquivo do autor, 2017.
3.9.1.2 Limite de Liquidez
O ensaio de Limite de Liquidez é baseado na NBR 6459:2016 Solo –
Determinação do Limite de Liquidez, e consiste na colocação de certa quantidade de
solo úmido na concha metálica que faz parte do Aparelho de Casagrande, sendo
52
aberta uma ranhura com auxílio de um cinzel adequado (Figura 26) e aplicando-se
golpes até fechamento pleno da ranhura no decorrer do comprimento do aparelho.
Foi repetido o processo por cinco vezes, com um umedecimento crescente da
amostra, obtendo-se, dessa forma, cinco diferentes umidades e números de golpes.
Através de uma interpolação gráfica dos resultados, obteve-se para cada solo o
valor do LL, o qual corresponde, segundo a NBR 6459:2016 , a umidade referente a
25 golpes.
Figura 26 – Material para realização do ensaio de Limite de Liquidez (LL)
Fonte: Arquivo do autor, 2017.
3.9.1.3 Limite de Plasticidade
Os ensaios de Limite de Plasticidade foram realizados conforme a norma da
NBR 7180:2016 Solo – Determinação do limite de plasticidade. Para a determinação
do Limite de Plasticidade foi utilizada cerca de 200 g para cada ensaio. Essa
amostra foi submetida à secagem ao ar e após passada na peneira de malha 0,42
mm.
A execução do limite de plasticidade foi realizada através do umedecimento
do material que se encontrava na umidade higroscópica e em seguida da moldagem
de cilindros de mesma espessura do cilindro padrão sobre o vidro temperado, de
forma a que o solo começasse a apresentar fissuras (Figura 2).
53
Figura 27 - Material para realização do ensaio de Limite de Plasticidade (LP)
Fonte: Arquivo do autor, 2017.
3.9.1.4 Massa específica dos grãos
Foi necessário realizar o ensaio de massa especifica dos grãos em laboratório
para auxiliar na determinação da curva granulométrica, pois os cálculos envolvidos
no processo de sedimentação demandam esse dado. Esse ensaio seguiu as
orientações da NBR 6508:1984.
O ensaio foi realizado através do emprego do picnômetro, prévia e
devidamente calibrado com a dição de água até uma marca demarcada, assim
ficando possível comparar as massas do picnômetro mais água e picnômetro mais
água mais solo (Figura 28).
A massa específica dos grãos do solo analisado é calculada pela Equação 6.
δ = ( )
[ ( )] δT (6)
54
Figura 28 – Picnômetro mais água mais solo até a marca determinada
Fonte: Arquivo do autor, 2017.
3.9.2 Cisalhamento direto
A partir da amostra indeformada, foram realizados ensaios de cisalhamento
direto, para assim obter parâmetros de resistência do solo em estudo (Figura 28).
Com o intuito de estudar variadas condições, foram conduzidos ensaios para corpos
de provas com a umidade natural de campo e inundados, obtendo-se assim a
envoltória de Mohr-Coulomb para cada uma dessas situações.
O ensaio foi realizado no equipamento de cisalhamento direto com uma
velocidade determinada com base nas especificações da norma ASTM D3080:2011
(Tabela 8), a qual depende da identificação da quantidade de material fino no solo.
Tabela 8 – Tabela com tempo de ensaio para cada tipo de solo
Fonte: ASTM D3080, 2011
55
Foram moldados três corpos de prova para cada situação em que o solo foi
submetido. A moldagem foi realizada com o auxilio de uma espátula onde aos
poucos foi sendo escavado ao redor do molde até que o corpo de prova estivesse
completo como mostra a Figura 29. Cada corpo de prova foi posicionado na caixa
bipartida que o equipamento possui (Figura 30), e que se desloca no decorrer do
ensaio, fazendo com que a amostra seja cisalhada (Figura 31). O equipamento
utilizado esta ilustrado na Figura 32. Cada um desses corpos de prova teve tensões
normais diferentes de forma a serem crescentes, tensões estas estimadas com base
nos níveis de tensão atuantes no campo.
Para a situação onde o corpo de prova se encontrava na umidade de campo
foram adotadas tensões normais de 20 Kpa, 30 Kpa e 40 Kpa. Para a situação onde
o corpo de prova se encontrava inundado, foi necessário deixar o mesmo submerso
na água por 24 horas para após isso realizar o ensaio, cujas tensões normais
adotadas foram de 10 Kpa, 15 Kpa e 20 Kpa.
Figura 29- Retirada da amostra do bloco indeformado para o ensaio de cisalhamento direto
Fonte: Arquivo do autor, 2017.
56
Figura 30- Amostra e equipamentos para a realização do ensaio
Fonte: Arquivo do autor, 2017.
Figura 31 - Amostra após o cisalhamento
Fonte: Arquivo do autor, 2017.
Figura 32 – Conjunto de equipamentos do ensaio de cisalhamento direto
Fonte: Arquivo do autor, 2017.
57
4 PERFIS GEOTÉCNICOS DO TALUDE EM ESTUDO
Tomando-se como base o levantamento planialtimétrico, foram traçados perfis
em posições fora da região afetada pela ruptura e na parte rompida (Figura 33), os
quais foram designados de perfis A e B, respectivamente (Figuras 34 e 35).
Figura 33 – Planta planialtimetrica com posições dos perfis
Fonte: Arquivo do autor, 2017.
A B
58
Figura 34 - Perfil A do talude em estudo
Fonte: Arquivo do autor, 2017.
Figura 35 - Perfil B do talude em estudo
Fonte: Arquivo do autor, 2017.
Na sequência, sobre o perfil B, foram projetadas as sondagens, sendo que a
partir delas foi possível determinar as camadas presentes no talude em estudo e
suas espessuras (Figuras 36 e 37). Conforme exposto anteriormente, foi identificada
a presença de duas camadas, sendo a superior composta de argila pedregulhosa na
cor acinzentada, de espessura média de 0,70 m, localizada abaixo de uma camada
de matéria orgânica de espessura pouco significativa, o que tornou inviável sua
59
representação na escala do desenho. Sob a camada de argila pedregulhosa de cor
acinzentada, observou-se a presença de uma camada de argila silto-pedregulhosa
de cor avermelhada, a qual se estendeu até as cotas finais das perfurações.
Figura 36 – Perfil B com localização e dados da sondagem mecânica
Fonte: Arquivo do autor, 2017.
Figura 37 - Perfil B com localização e dados da sondagem a trado
Fonte: Arquivo do autor, 2017.
60
Projetou-se a linha do terreno do Perfil A (talude intacto) sobre o Perfil B (talude
rompido), obtendo-se assim uma reconstituição aproximada do talude original antes
da ocorrência da ruptura (Figura 38) e estimar a quantidade de material que se
descolou.
Figura 38 – Perfil A e B sobrepostos do talude em estudo
Fonte: Arquivo do autor, 2017.
61
5 APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS DOS ENSAIOS DE
LABORATÓRIO
5.1 Caracterização dos solos
Na Figura 39 são apresentadas as curvas granulométricas dos solos 1 e 2 (1ª
e 2ª camadas, respectivamente) e na Tabela 9 um resumo das principais
características dos mencionados solos.
Figura 39 – Curva granulométrica dos solos
Fonte: Arquivo do autor, 2017.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,001 0,01 0,1 1 10 100
Acu
mula
do
pas
sante
(%
)
Tamanho dos grãos (mm)
Solo 1
Solo 2
GROSSA MÉDIA FINA SILTE ARGILA PEDREGULHO
AREIA
62
Tabela 9 – Composição granulométrica dos solos
Fonte: Arquivo do autor, 2017.
O solo 1 se trata de uma argila pedregulhosa, enquanto o solo 2 se trata de
uma argila silto-pedregulhosa.. Fazendo uma comparação com a geologia
(apresentada no item 3.2) e os dados obtidos através da granulometria, foi possível
identificar que muito provavelmente os dois solos são provenientes da
intemperização da rocha de basalto, pois se fossem oriundos da intemperização da
rocha de arenito, eles teriam uma porcentagem maior de areia na sua composição, o
que não ocorreu, pois o solo 1 apresentou 5% e o solo 2 apresentou porcentagem
nula.
Os valores de Limite de Liquidez e de Índice de Plasticidade estão coerentes
com as características granulométricas dos solos, e os do solo 1 se encontram
dentro da ordem de grandeza dos valores referenciais para solos residuais de
basalto (Tabela 1 do item 2.4.2) apresentados por Pinto (2006)
As classificações da SUCS e da AASHTO para o solo 1 correspondem,
respectivamente a uma argila de alta compressibilidade e a um solo A-7-6 (solo
63
argiloso). Já para o solo 2, foi classificado pelo sistema SUCS como um silte de
baixa compressibilidade e um solo A-6 (solo argiloso) pelo sistema da AASHTO.
Assim, verifica-se que houve boa coerência entre as classificações e os ensaios de
granulometria e limites, até mesmo para o solo 2 na classificação da AASHTO, pois
ele apresenta uma boa porcentagem de silte.
5.2 Cisalhamento direto
As curvas tensão cisalhante versus deformação horizontal, estão apresentadas nas
Figuras 40 e 41, referentes aos ensaios dos corpos de prova cisalhados nas
condições de umidade de campo e inundados, respectivamente.
Figura 40 – Gráfico Tensão Cisalhante x Deformação Horizontal – na umidade de campo
Fonte: Arquivo do autor, 2017.
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
35,00
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Ten
são
Cis
alh
ante
(kP
a)
Deslocamento Horizontal (mm)
40 Kpa
30 KPa
20 KPa
64
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
12,00
14,00
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Ten
são
Cis
alh
ante
(kP
a)
Deslocamento horizontal (mm)
20 Kpa
15 KPa
10 kPa
Figura 41 - Gráfico Tensão Cisalhante x Deformação Horizontal – inundado
Fonte: Arquivo do autor, 2017.
Com os valores de tensão cisalhante máxima versus as tensões normais dos
três corpos de prova de cada uma das duas condições ensaiadas, foi possível traçar
as envoltórias de resistência do solo, as quais estão apresentadas na Figura 42.
Figura 42 – Envoltórias de resistência ao cisalhamento
Fonte: Arquivo do autor, 2017.
y = 0,3597x + 18,649 R² = 0,9289
y = 0,5686x R² = 0,914
0
20
40
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Ten
são
Cis
alh
ante
(kP
a)
Tensão Normal (kPa)
CP's Inundados
CP's Umidade de campo
65
Os índices físicos dos corpos de prova e os parâmetros de resistência do solo
para as diferentes condições ensaiadas estão apresentados nas tabelas 10 e 11.
Tabela 10 - Índices físicos dos corpos de prova ensaiados e parâmetros de
resistência do solo – umidade de campo
Fonte: Arquivo do autor, 2017.
Tabela 11 - Índices físicos dos corpos de prova ensaiados e parâmetros de
resistência do solo – inundado
CP Tensão normal
(kPa)
Peso específico
(kN/m³)
Umidade w (%)
Índice de vazios
Grau de Saturação
S(%)
1 10 16,56 51,8 1,3 100
2 15 16,51 51,3 1,3 100
3 20 16,48 51,0 1,3 100
Peso especifico médio (kN/m³) 17
Parametro de resistência
Coesão c (kPa) 3
Ângulo de atrito (º) 27
Fonte: Arquivo do autor, 2017.
Ao analisar os índices físicos dos corpos de prova (Tabelas 10 e 11),
constata-se que o solo apresenta um elevado índice de vazios e que o grau de
saturação que se encontrava a campo é bastante alto (95 a 97%). Verifica-se
também, que através do processo de inundação foi atingida a saturação dos corpos
de provasubmetidos a essa condição.
O solo, mesmo na sua condição de umidade de campo, apresenta parâmetros
de resistência de baixo valor, sendo que quando saturado, embora apresente uma
aumento de 7º no ângulo de atrito, sofre uma acentuada redução na coesão, de 19
CP Tensão
normal (kPa)
Peso especifico
(kN/m³)
Umidade w (%)
Índice de vazios
Grau de Saturação
S(%)
1 20 16,30 49,5 1,3 95
2 30 16,38 49,6 1,3 96
3 40 16,35 50,7 1,3 97
Peso específico médio (kN/m³) 16
Parâmetro de resistência
Coesão c (kPa) 19
Ângulo de atrito (º) 20
66
kPa para 3 kPa. Através desse fato fica possível constatar a existência de uma parcela
significativa de coesão aparente, a qual é devida à existência do fenômeno de
sucção do solo, o qual se perde com a saturação do solo. O peso específico médio
do solo sofreu um ligeiro aumento com a saturação.
67
6 ANÁLISE DE ESTABILIDADE
6.1 Análise do talude na umidade natural
Ao analisar os perfis A e B do talude em estudo, tomou-se como base a
hipotética geometria do talude anterior ao evento da ruptura o nominando de perfil A.
O estudo considerou como primeira situação o talude sem NA e na umidade natural
(Figura 43). Nesse caso, os parâmetros de coesão e ângulo de atrito adotados
correspondem à umidade de campo. O peso específico adotado, com base nos
corpos de prova das amostras indeformadas foi de 16 kN/m³ para o solo na umidade
de campo.
Para calcular o Fator de segurança foi utilizada a equação 4, apresentada no
item 2.7.3.2 por se tratar de um talude infinito, sem NA.
Figura 43 – Seção do talude na umidade natural sem NA
Fonte: Arquivo do autor, 2017.
O valor do FS obtido foi igual a 4,60, que é satisfatório, pois, além de estar
distante da condição de ruptura, iguale bem maior que o valor de 1,5 estabelecido
através da NBR 11682:2009 para o caso em questão.
68
6.2 Análise do talude com inundação (Saturação sem fluxo)
A segunda situação analisada foi o comportamento do talude com um fluxo de
água parcial (Figura 44), calculando-se o Fator de Segurança com o NA ligeiramente
elevado. O peso específico adotado, com base nos corpos de prova das amostras
indeformadas foi de 16 kN/m³ para o solo na umidade de campo, porém os
parâmetros de coesão e ângulo de atrito foram utilizados os correspondentes ao
estado inundado solo.
Foi utilizada a equação 4 citada no item 2.7.3.2 para calcular o fator de
segurança, e o valor obtido foi de 1,52. Com isso verifica-se que com uma pequena
elevação do NA já ocorre uma significativa redução do FS, porém ainda sim
satisfatório, pois é maior que 1,5 exigido NBR 11682:2009.
Figura 44 - Seção do talude com solo saturado e elevação parcial do NA
Fonte: Arquivo do autor, 2017.
69
6.3 Análise do talude com fluxo de água parcial, buscando-se Hw c/ FS=1,00
A terceira e última situação a ser analisada, foi encontrar qual seria a altura
do nível de água (Hw) correspondente a um fator de segurança igual 1,00 (Figura
45), que significa o estado limite de ruptura do talude.
O peso específico adotado, que teve como base nos corpos de prova das
amostras indeformadas foi de 17 kN/m³ para o solo na situação de saturado, e os
parâmetro de coesão e ângulo de atrito também foram utilizados os correspondentes
ao estado saturado do solo.
Figura 45 - Seção do talude considerando FS=1,00
Fonte: Arquivo do autor, 2017.
Através da equação 5 citada no item 2.7.3.2 foi possível calcular a altura do
nível de água que corresponde ao FS=1,00, obtendo-se um valor de Hw=0,65.
Através desse resultado foi possível verificar que quando o NA de água se eleva até
quase a superfície do talude o mesmo entra em colapso.
70
7 MEDIDAS DE ESTABILIZAÇÃO VOLTADAS A EVITAR A PROGRESSÃO DA
RUPTURA
Através dos resultados obtidos, foi possível observar que o talude, em
condições não saturadas, se encontra em um estado estável, pois apresenta fator de
segurança próximo de 5. Entretanto, caso ocorra uma elevação significativa do nível de
água, causada por uma forte precipitação, o talude corre risco de entrar em colapso.
A partir do diagnóstico obtido, medidas de estabilidade tecnicamente viável e
economicamente atrativas consistiriam em soluções de drenagens superficiais e
profundas. Considerando que no talude em estudo, após terem ocorrido as rupturas,
já foram instalados dispositivos de drenagem superficial (canaletas e escadarias
hidráulicas), complementarmente, poderiam ser instaladas trincheiras drenantes.
Isso porque se por um acaso ocorrer uma percolação por baixo da canaleta de
crista, a mesma não será capaz de interceptar a água e o talude estará
desprotegido.
Conforme CIRIA (2007), as trincheiras drenantes são valas escavadas que
tem uma profundidade que varia geralmente entre 1 a 2m, compostas por um tubo
perfurado no fundo e preenchido de material drenante bem compactado. Também
pode ser constituída de geocomposto em substituição ao material drenante
convencional. A Figura 46 mostra um esquema desse dispositivo. No presente
caso, a cota de fundo deve ultrapassar a primeira camada de solo (solo 1). A água
que é coletada pelo tubo escoa através da gravidade, sendo conduzida até pontos
de captação. Recomenda-se também que nesses pontos sejam construídas caixas
de dissipação para assim impedir processos erosivos.
71
Figura 46 – Trincheira drenante
Fonte: Cunha et al, 1991
Posteriormente a execução da trincheira, é recomendável a colocação na
parte superior de uma camada de solo compactado de preferência argiloso e
proteção superficial com grama.
72
8 CONCLUSÕES
Através desta pesquisa foi possível constatar que a provável causa da
ruptura do talude estudado foi à elevação do NA, em função das precipitações
pluviométricas que ocorram em um curto período de tempo, levando em conta
que o terreno já poderia estar em uma condição de umidade elevada. Essa
elevação do NA teria ocasionado a perda da coesão aparente do solo, que
mesmo não saturado possui baixa resistência e o surgimento de
poropressões, ambos impactando na queda da resistência ao cisalhamento, o
que foi decisivo para que ocorresse a ruptura. O aumento do peso específico, embora
de maneira pouco significativa, também influenciou na ocorrência do colapso.
Analisando-se os resultados obtidos, foi possível verificar que a saturação do
solo provoca uma queda significativa na coesão do solo de 19kPa para 3kPa. Essa
expressiva diferença entre a coesão total e efetiva indica que existe a presença de uma
certa parcela de coesão aparente, que conforme mencionado acima, se mostrou ser de
grande importância para a estabilidade do talude em estudo.
Com os ensaios de laboratório foi possível verificar que o solo da primeira
camada possui uma resistência muito baixa e com a elevação do NA teve sua
resistência ainda mais diminuída.
Para o presente trabalho, a consulta ao mapa geológico e demais informações,
como por exemplo, o registro de precipitações pluviométricas, tem se mostrado útil
para um melhor entendimento do problema.
A partir dos resultados obtidos foi possível sugerir algumas medidas de
estabilidade viáveis e também econômicas, a principal solução é drenagens
superficiais e profundas, levando em conta que no talude em estudo, depois de
ocorrido as rupturas foram instaladas canaletas e escadarias hidráulicas, para
complementar seria recomendado instaladas trincheiras drenantes para uma maior
eficiência.
73
REFERÊNCIAS
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